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Main Title: Phasenverhalten und strukturelle Eigenschaften binärer dipolarer Fluide
Translated Title: Phase behavior and structural properties of binary dipolar fluids
Author(s): Range, Gabriel Maximilian
Advisor(s): Klapp, Sabine H. L.
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Phasenverhalten und den strukturellen Eigenschaften binärer dipolarer Fluide, die als Modellsysteme polydisperser Ferrokolloide sowie zweikomponentiger Mischungen molekularer polarer Fluide dienen. Die dipolaren Teilchen werden als harte Kugeln modelliert, die in ihrem Zentrum einen permanenten Punktdipol tragen. Beide Teilchensorten unterscheiden sich im Teilchendurchmesser und/oder in der Stärke des Dipolmoments. Die Untersuchungen mittels Dichtefunktionaltheorie in einer molekularfeldartigen Näherung zeigen - zusätzlich zu einem, bereits bei reinen Systemen auftretenden, Übergang in eine Phase mit ferromagnetischer Ordnung - einen Entmischungsübergang bei hohen Dichten. Dieser wird für das Phasenverhalten umso bestimmender, je mehr sich die Dipolmomente beider Spezies unterscheiden. Unterschiedliche Teilchendurchmesser haben den gegenteiligen Effekt: sie destabilisieren den Entmischungsübergang. In beiden Fällen ist jedoch eine der entmischten Phasen ferromagnetisch. Es zeigt sich, dass der Einfluß eines äußeren magnetischen Feldes auf das Phasenverhalten durch die Zusammensetzung der Mischung in einem weiten Bereich gesteuert werden kann. Phasenkoexistenzen vergleichsweise reiner Systeme werden in starken Magnetfeldern stabilisiert, während der Entmischungsübergang in starken Magnetfelder destabilisiert wird. Die reference hypernetted-chain Integralgleichungsmethode wird in dieser Arbeit zur strukturellen Untersuchung binärer dipolarer Fluide verwendet. Bei kleinen Fluiddichten bilden einkomponentige dipolare Fluide Paare und Ketten. Im zweikomponentigen System steigt bei Anwesenheit einer schwächeren Komponente die Tendenz zur Kettenbildung in der stärkeren Komponente. Die schwächere Komponente kann hier als
We investigate the phase behavior and the structural properties of binary dipolar fluids, which we use as model systems for polydisperse ferrocolloids on the one hand and for binary mixtures of molecular polar fluids on the other hand. The particles consist of hard spheres with permanent dipole moments. Both species differ in particle diameter and/or dipole moment. In the context of density functional theory in the modified mean-field approximation we encounter -- in addition to a ferromagnetic ordering, which also appears in pure systems -- a demixing transition. This demixing transition dominates the phase behavior, if both species differ strongly in their dipole moments. Bidispersity on the other hand has a converse impact: it destabilizes demixing. In both cases, however, one of the demixed phases is ferromagnetic. The influence of an external magnetic field on the phase behavior can be tuned in a broad range by means of the composition of the mixture. Phase coexistences of nearly pure systems are stabilized in strong magnetic fields, while demixing is destabilized in strong magnetic fields. Reference hypernetted-chain integral equation theory is used in this work to investigate structural properties of binary dipolar fluids. At low densities one-component dipolar fluids are known to aggregate into pairs and chains. In binary mixtures chaining of the stronger species is favored, if a weaker species is present. The weaker component acts as a background, which lowers the effective density of the stronger component, leading therefore to a stabilization of the chaining process. The integral equation theory predicts a demixing transition at high densities, too. However, contrary to the density functional results, monodisperse systems demix into two isotropic phases. For bidisperse systems both theories give consistent results. This comparison reveals the importance of correlation effects -- which are taken into account explicitly in the integral equation approach -- on the phase behavior.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-11726
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1550
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1253
Exam Date: 10-Nov-2005
Issue Date: 14-Dec-2005
Date Available: 14-Dec-2005
DDC Class: 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Subject(s): Dipol
Ferrokolloide
Integralgleichungstheorie
Mischung
Molekularfeldtheorie
Dipole
Ferrocolloid
Integral-equation-theory
Mean-field-theory
Mixture
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